数字化手术室设备控制的原理和过程控制系统组成框图

自动控制是指通过一定的设备、技术，使一台设备、一套装置，或一个系统，在没有人直接参与的情况下，在其所处的环境中，能够按照事先设定的规律来运行。因此，一个完整的自动控制系统往往包含有输入设备、控制器、执行机构、检测装置和被控对象等环节，按照反馈原理组成如下的系统结构，其中的每一个环节的性能都将影响到整个系统的性能。

一个复杂的控制系统，往往表现为复杂的对象、复杂的任务和复杂的环境，需要有先进的控制理论和优良的硬件设备才能实现。数字化手术室设备控制是随着计算机技术、数字通讯技术和生物医学工程等相关技术的发展而兴起的一类新型的自动控制系统，主要表现有控制参数多、控制过程快、稳定性要求高、运行噪声及震动干扰小、运行数据自动保存等特点。在本案中，被控对象有三个，分别是手术室的温度、手术室无影灯光的亮度、手术床的姿态，传统的控制方式是通过壁挂控制面板来完成控制输入的功能，从而设定系统希望的温度、亮度和姿态，再由相应的控制器、检测设备和执行机构来实现自动调节功能，使手术室的实际温度、手术室无影灯光的实际亮度、手术床的实际姿态调节到手术需要的温度、亮度和姿态。

数字化手术室设备控制系统的功能

作为一个完整的数字化手术室设备控制系统，应该具有温度、亮度、姿态的设定功能，以及对温度、亮度、姿态的调节功能。考虑到在本案中，手术床、无影灯、空调是专门的医疗器械设备，本身具有用户单位所需要的技术参数和控制性能指标，因此，在实现数字化手术室设备控制中，所需要考虑的只是在原有的壁挂控制面板输入方式基础上，增加如下的功能：

1、通过电脑的键盘、鼠标，或专门的触摸屏操作来实现手术室温度控制中温度的设定功能；

2、通过电脑的键盘、鼠标，或专门的触摸屏操作来实现手术室无影灯光亮度控制中灯光亮度的设定功能；

3、通过电脑的键盘、鼠标，或专门的触摸屏操作来实现手术床姿态控制中姿态角度的设定功能；

4、对手术过程中的手术室温度、无影灯亮度、手术床姿态数据进行实时的显示并存储，生成专门的数据文件，作为档案资料予以保存，供需要时调用和查看。

数字化手术室设备控制系统的结构

控制系统的结构

信号接口2：由于壁挂控制面板控制温度、灯光和电动手术床的控制协议不同，所以可以根据实际情况进行电平转换、协议转换、数据解析等工作。

信号接口1：两路RS485信号输入到电脑中要先合并而且转为RS232信号。

触摸屏到主机由于信号较远，可采用S-VEDIO传输视频信号。而监控LCD传输距离近采用VGA信号。

数字化手术室设备控制系统的设计

数字化手术室设备控制系统的设计涉及到硬件设计和软件设计，其中硬件设计要根据所采用的空调、无影灯、手术床等设备的技术资料和设备接口开放的情况做具体的设计和制作方案。

硬件部分的主要功能是进行电压、阻抗等电气参数的匹配，并实现将电脑输出的控制信号转换成空调、无影灯、手术床能够接收的控制指令。

软件部分的主要功能是实现图形化人机接口，以及温度、亮度、手术床姿态数据的实时显示和保存，生成专门的数据文件。在图形界面设计中，考虑到显示器和触摸屏尺寸，可以综合采用画面分割、分层放大、多级菜单的技术，做到界面直观、形象，操作简单、方便，符合人们的操作习惯和常识。控制参数输入同时支持键盘、鼠标，触摸屏的操作模式。

灯光控制界面、灯光数据查询界面拟图所示。

灯光控制界面

灯光数据查询

数字化手术室设备控制系统的施工

数字化手术室设备控制系统是整个数字化手术室的一个组成部分，或称之为一个子系统，因此在整个数字化手术室的设计中，就要考虑到数字化手术室设备控制系统的安装位置、供电线路、控制信号布线等问题。从上面的系统结构和组成中可以知道，数字化手术室设备控制系统需要考虑的施工组织问题有：

1、为电脑及显示器提供一个工作台，提供标准220V 的电源接口；

2、提供由电脑到空调、无影灯、手术床的控制信号线的布线管道；

3、采用中央悬挂方式为触摸屏提供专门的安装机构；

4、为触摸屏提供220V 的电源接口，以及从电脑到触摸屏的信号线布线管道。

数字化手术室设备控制系统相关设备的技术支持

要实现通过电脑的键盘、鼠标，或专门的触摸屏操作来控制手术室的温度、手术室无影灯光的亮度、手术床的姿态，要求对应的空调、无影灯、手术床等设备必须提供有关的数据接口，开放有关通讯协议及技术参数。这样既可以优化系统的结构，也可以提高系统的可靠性，缩短开发周期。